JP3888420B2 - インクジェット式記録ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子が軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案されている。
【０００６】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
また、このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、一般的に、単結晶シリコン基板等からなる流路形成基板の一方面側に圧電素子を設けると共に、流路形成基板の他方面側からエッチングすることにより、その厚さ方向に貫通する圧力発生室を形成したものが知られている。
【０００８】
しかしながら、このように圧力発生室が流路形成基板を貫通するタイプのインクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生室を高密度に配列しようとすると、圧力発生室間の隔壁の厚さが薄くなり、隔壁の剛性不足によって各圧力発生室間のクロストークが発生するという問題がある。
【０００９】
このような問題を解決するために、流路形成基板の一方面側に、厚さ方向に貫通しない圧力発生室を形成したものが提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、予め流路形成基板に形成した圧力発生室内に犠牲層を充填した後、その上に振動板及び圧電素子を形成し、その後、犠牲層を除去するというものであり、製造工程が煩雑であるという問題がある。
【００１１】
また、流路形成基板の一方面側に、厚さ方向に貫通しない圧力発生室を形成後、圧力発生室内に犠牲層を充填することなく接着剤等によって振動板を接合する方法も考えられるが、振動板の接合時あるいは圧電素子形成時の加熱によって振動板に変形やクラックが発生するという問題がある。
【００１２】
さらに、直接接合法等により常温で流路形成基板に振動板を接合することもできるが、この場合、減圧下で両者を接合する必要があり、振動板を接合後に大気圧に戻した際、圧力発生室内の気圧変化によって振動板にクラックや変形が生じるという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑み、流路形成基板に振動板を良好に接合したインクジェット式記録ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して成膜及びリソグラフィ法により形成された薄膜からなる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを有するインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板に前記圧力発生室を貫通することなく形成する工程と、前記圧力発生室に連通して当該圧力発生室が形成された面とは反対面側又は側面側に開口する導通孔を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧力発生室が形成された面に前記振動板を接合する工程と、前記振動板上に前記下電極、圧電体層及び上電極を順次積層及びパターニングして前記圧電素子を形成する工程と、前記導通孔を塞ぐ埋設層を形成する工程とを有し、前記流路形成基板が単結晶シリコン基板からなり、前記埋設層を形成する工程では、前記流路形成基板を熱酸化することにより酸化シリコンからなる埋設層を形成することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【００３１】
かかる第１の態様では、圧電素子等を形成時の加熱による圧力発生室内の気体の膨張を抑えて振動板の破壊を防止することができ、さらに埋設層を容易に形成できると共に埋設層により導通孔を確実に且つ精度良く塞ぐことができる。
【００３４】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記圧力発生室及び前記導通孔を異方性エッチングにより同時に形成することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【００３５】
かかる第２の態様では、圧力発生室及び導通孔を容易に且つ高精度に形成でき、製造工程を簡略化することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの１つの圧力発生室の長手方向における断面構造を示す図である。
【００３８】
図示するように、圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０は、例えば、１５０μｍ〜１ｍｍの厚さのシリコン単結晶基板からなり、その一方面側の表層部分には、異方性エッチングにより複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が形成されている。
【００３９】
この異方性エッチングは、ウェットエッチング又はドライエッチングの何れの方法を用いてもよいが、シリコン単結晶板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより圧力発生室１２は浅く形成されており、その深さは、ハーフエッチングのエッチング時間によって調整することができる。
【００４０】
一方、流路形成基板１０の他方面側には、圧力発生室１２と外部とを連通する導通孔１３が設けられている。この導通孔１３は、本実施形態では、深さ方向で内径が略一定の直管部１４と、内面が直管部１４側から外側に向かって傾斜するテーパ部１５とからなる。
【００４１】
このような導通孔１３の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、導通孔１３は、流路形成基板１０をその他方面側から異方性エッチングすることにより形成されている。なお、本実施形態では、流路形成基板１０に面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて、テーパ部１５を異方性ウェットエッチングにより形成し、直管部１４を異方性ドライエッチングにより形成した。
【００４２】
また、導通孔１３は、直管部１４に設けられる埋設層１６によって塞がれ、圧力発生室１２の底面の一部がこの埋設層１６によって画成されている。導通孔１３を設ける位置は、導通孔１３を塞ぐことができれば特に限定されないが、導通孔１３の圧力発生室１２側の開口部近傍に設け、圧力発生室１２の底面が略平面となるようにするのが好ましい。このため、本実施形態では、導通孔１３の直管部１４内に埋設層１６を設けている。また、埋設層１６の材料は、特に限定されず、本実施形態では、接着剤を用いている。
【００４３】
ここで、埋設層１６で塞がれている導通孔１３は、詳しくは後述するが、圧電素子３００等の形成時に圧力発生室１２内の圧力変化を防止するためのものである。このため、導通孔１３は、少なくとも圧力発生室１２内の気体が良好に通過できる大きさを有することが好ましい。また、埋設層１６が圧力発生室１２の底面の一部を構成するため、導通孔１３の圧力発生室１２側の開口面積、すなわち、埋設層１６によって塞がれる面積はできるだけ小さいことが好ましい。したがって、本実施形態で埋設層１６が設けられる直管部１４の内径は、圧力発生室１２内の気体が良好に通過可能な程度に小さく、且つ浅く形成することが好ましい。例えば、本実施形態では、直管部１４の内径を略１０μｍとし、深さを略１０μｍとした。
【００４４】
なお、導通孔１３を構成するテーパ部１５の形状及び大きさは、直管部１４が所定の大きさ及び形状で形成されていれば、特に限定されない。
【００４５】
なお、本実施形態では、導通孔１３の一部に埋設層１６を設けるようにしたが、圧力発生室１２の底面を略平面とすることができれば、勿論、埋設層１６は導通孔１３内全体に設けるようにしてもよい。
【００４６】
また、このような流路形成基板１０の圧力発生室１２側には、厚さが１μｍ以下の弾性膜５０が接合され、この弾性膜５０の一方の面は圧力発生室１２の一壁面を構成している。なお、本実施形態では、弾性膜５０は酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、この弾性膜５０と流路形成基板１０とは、保護膜５５ａを介して接着剤を用いることなく陽極接合により接合されている。なお、この保護膜５５ａは、流路形成基板１０にエッチングによって圧力発生室１２を形成する際に、マスクとして用いられるものである。また、流路形成基板１０の保護膜５５ａとは反対側の面には、導通孔１３を形成する際のマスクとなる保護膜５５ｂが設けられている。
【００４７】
このような弾性膜５０上の各圧力発生室１２に相対向する領域には、厚さが例えば、約０．５μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる弾性膜とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０を振動板とした。
【００４８】
また、流路形成基板１０の圧電素子３００側、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０上には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保した状態でこの空間を密封可能な圧電素子保持部２２を有する封止板２０が接合されている。
【００４９】
この封止板２０には、本実施形態では、各圧力発生室１２と連通するノズル開口２１が穿設されており、ノズルプレートの役割も兼ねている。また、ノズル開口２１と圧力発生室１２とは、弾性膜５０及び下電極膜６０を除去することにより設けられたノズル連通孔５１を介して連通されている。
【００５０】
また、封止板２０には、各圧力発生室１２のノズル開口２１とは反対側の端部に連通するインク供給孔２３が厚さ方向に貫通して設けられている。また、インク供給孔２３と圧力発生室１２とは、弾性膜５０を除去することにより設けられたインク供給連通孔５２を介して連通されている。
【００５１】
さらに、封止板２０のインク供給孔２３に対向する領域には、複数の圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ３１を画成するリザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０が順次接合されており、リザーバ３１に供給されたインクはインク供給孔２３及びインク供給連通孔５２を介して各圧力発生室１２に分配される。
【００５２】
また、封止板２０の流路形成基板１０の端部から突出する部分には、インクカートリッジ等のインク供給手段が接続されるインク導入口２４が設けられており、このインク導入口２４を介してリザーバ３１内にインクが供給される。
【００５３】
リザーバ形成基板３０は、リザーバ３１の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、インク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、リザーバ形成基板３０の厚さは、０．２ｍｍとしている。
【００５４】
コンプライアンス基板４０は、ステンレス基板からなり、一方の面でリザーバ３１の一壁面を構成するものである。また、コンプライアンス基板４０には、他方の面の一部にハーフエッチングにより凹部４０ａを形成することにより薄肉壁４１が形成されている。なお、薄肉壁４１は、インク滴吐出の際に発生するノズル開口２１と反対側へ向かう圧力を吸収するためのもので、他の圧力発生室１２に、リザーバ３１を経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。本実施形態では、インク導入口２４と外部のインク供給手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、コンプライアンス基板４０を０．１ｍｍとし、その一部を厚さ０．０２ｍｍの薄肉壁４１としているが、ハーフエッチングによる薄肉壁４１の形成を省略するために、コンプライアンス基板４０の厚さを初めから０．０２ｍｍとしてもよい。
【００５５】
ここで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造工程、特に、流路形成基板１０に圧力発生室１２を形成する工程及びこの圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する工程について説明する。なお、図３〜図５は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。
【００５６】
まず、図３（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して、流路形成基板１０の両面に酸化シリコンからなる保護膜５５ａ及び５５ｂを形成し、一方面の保護膜５５ａの圧力発生室１２を形成する領域に開口１２ａを形成すると共に他方面の保護膜５５ｂの導通孔１３を形成する領域に開口１３ａを形成する。
【００５７】
次に、図３（ｂ）に示すように、保護膜５５ａをマスクとして流路形成基板１０を、例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液によって異方性エッチングすることにより圧力発生室１２を形成する。
【００５８】
次に、図３（ｃ）に示すように、保護膜５５ｂをマスクとして流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより導通孔１３を形成する。詳しくは、まず、流路形成基板１０の保護膜５５ｂをマスクとしてウェットエッチングすることによりテーパ部１５を形成する。そして、テーパ部１５の底面から圧力発生室１２に貫通するまでドライエッチングすることにより所定の直径で直管部１４を形成して、導通孔１３を形成した。
【００５９】
なお、本実施形態では、導通孔１３を直管部１４及びテーパ部１５で構成したが、勿論、テーパ部１５のみあるいは直管部１４のみで構成してもよく、何れにしても、少なくとも圧力発生室１２側の開口形状が比較的精度良く形成されていればよい。
【００６０】
なお、本実施形態では、圧力発生室１２と導通孔１３とを別々の工程で形成しているが、勿論、圧力発生室１２と同時に導通孔１３のテーパ部１５を形成するようにしてもよい。これにより、製造工程を簡略化でき、製造効率が向上する。
【００６１】
次に、図３（ｄ）に示すように、流路形成基板１０の圧力発生室１２が開口する面に、例えば、厚さが２２０μｍの単結晶シリコンからなる弾性膜母材１５０を接合する。この弾性膜母材１５０は、流路形成基板１０との接合面に、例えば、熱酸化、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法又はウェット酸化等により形成された酸化シリコンからなる酸化シリコン層１５１を有する。
【００６２】
この酸化シリコン層１５１は、後の工程で、流路形成基板１０と接合後、弾性膜母材１５０の酸化シリコン層１５１以外の領域を除去することにより弾性膜５０となる。本実施形態では、酸化シリコン層１５１の厚さを略１μｍで形成した。
【００６３】
この弾性膜母材１５０と流路形成基板１０との接合方法は、特に限定されず、例えば、直接接合、常温接合及び陽極接合等を挙げることができる。本実施形態では、陽極接合により両者を接合した。
【００６４】
詳しくは、相対する面を鏡面状に研磨したシリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０の保護膜５５ａと、弾性膜母材１５０の酸化シリコン層１５１とを当接させた状態で、全体を４５０℃近くに昇温させ、２００〜１０００Ｖの電位を両方の基板に印加する。このとき、酸化シリコンからなる保護膜５５ａ及び酸化シリコン層１５１中の正のＨ+イオンは酸化シリコンの中で動きやすくなるため、負の電界に引かれてそれぞれ保護膜５５ａ及び酸化シリコン層１５１の表面に到達する。一方、保護膜５５ａ及び酸化シリコン層１５１中のそれぞれに残った負のイオンが両者の接着面に空間電荷層を形成して、流路形成基板１０と弾性膜母材１５０との間に強い吸引力が生じることにより、両者が化学結合される。
【００６５】
次に、図４（ａ）示すように、弾性膜母材１５０の余分な領域を除去する。本実施形態では、例えば、ＫＯＨ等のアルカリ水溶液を用いたウェットエッチングにより、酸化シリコン層１５１以外の領域、すなわち、単結晶シリコンのみを除去した。なお、この単結晶シリコンの除去方法は、特に限定されず、何れの方法を用いてもよい。
【００６６】
このように弾性膜母材１５０の酸化シリコン層１５１以外の領域を除去することにより、流路形成基板１０上に接合されて残った酸化シリコン層１５１が弾性膜５０となる。
【００６７】
ここで、このような弾性膜５０を形成する際、本発明では流路形成基板１０に導通孔１３が設けられているため、弾性膜５０に変形や割れが生じることなく良好に形成することができる。すなわち、流路形成基板１０に導通孔１３が設けられているため、流路形成基板１０と弾性膜母材１５０とを接合する際の加熱によって圧力発生室１２内の圧力変化が生じることがなく、弾性膜５０に変形や割れ等が生じることがない。
【００６８】
一方、導通孔１３が設けられておらず、圧力発生室１２が密封されていると、圧力発生室１２内に圧力変化が生じ、この圧力変化によって弾性膜５０に変形や割れが生じる虞がある。
【００６９】
次に、各圧力発生室１２に対応して弾性膜５０上に圧電素子３００を形成する。
【００７０】
圧電素子３００を形成する工程としては、まず、図４（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を流路形成基板１０の圧力発生室１２側に全面に亘って形成すると共に所定形状にパターニングし、下電極膜６０を形成する。この下電極膜６０の材料としては、白金、イリジウム等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金、イリジウムが好適である。
【００７１】
次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体層７０を成膜する。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成した。圧電体層７０の材料としては、ＰＺＴ系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法又はＭＯＤ法（有機金属熱塗布分解法）等のスピンコート法により成膜してもよい。
【００７２】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法もしくはＭＯＤ法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【００７３】
このような圧電体層７０の焼成時にも、流路形成基板１０が加熱されることになるが、本実施形態では、導通孔１３が形成されているため、上述したように、圧力発生室１２内の気圧の変化を生じさせることなく弾性膜５０の破壊を確実に防止することができる。したがって、圧電体層７０等も変形や割れ等が発生することなく良好に形成することができる。
【００７４】
次に、図４（ｄ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。
【００７５】
次に、図５（ａ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。また、本実施形態では、同時にノズル連通孔５１及びインク供給連通孔５２を形成する。
【００７６】
次に、図５（ｂ）に示すように、リード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に各圧電素子３００毎にパターニングして、各圧電素子３００の上電極膜８０から弾性膜５０上に延びるリード電極９０を形成する。
【００７７】
次に、図５（ｃ）に示すように、導通孔１３の直管部１４に接着剤を充填し硬化させることによって埋設層１６を設けて導通孔１３を塞ぐ。
【００７８】
その後、流路形成基板１０にノズル開口２１等の設けられた封止板、リザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０等を順次接合することで、図２に示すようなインクジェット式記録ヘッドとなる。
【００７９】
このように製造された本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からリザーバ３１にインクを取り込み、リザーバ３１からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部配線から出力された記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００８０】
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの導通孔側からの平面図及び圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００８１】
図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、導通孔１３Ａの直管部１４Ａが、例えば、直径が１μｍ程度の複数の微小孔からなり、この直管部１４Ａが酸化シリコンからなる埋設層１６Ａで塞がれている以外、実施形態１と同様である。
【００８２】
このような導通孔１３Ａの形成方法は、特に限定されず、上述した実施形態１と同様に、流路形成基板１０の圧力発生室１２とは反対側の面からウェットエッチングすることによりテーパ部１５を形成後、テーパ部１５の底面からドライエッチングすることにより複数の微小孔からなる直管部１４Ａを形成すればよい。
【００８３】
また、埋設層１６Ａは、流路形成基板１０を、例えば、約１１００℃の拡散炉で熱酸化することにより容易に形成でき、直管部１４Ａを確実に且つ精度良く塞ぐことができる。すなわち、圧力発生室１２の底面を確実に平面とすることができ、インク吐出特性を低下させることなく導通孔１３Ａを塞ぐことができる。
【００８４】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００８５】
例えば、上述した実施形態１及び２では、導通孔１３、１３Ａは、圧力発生室１２の底面に連通して、流路形成基板１０の圧電素子３００とは反対側の面に開口するように設けられているが、これに限定されず、例えば、圧力発生室１２の長手方向端部に連通し、且つ流路形成基板１０の側面に開口するようにしてもよい。この場合にも、導通孔の少なくとも圧力発生室側は、気体が良好に通過できる程度にできるだけ小さく形成することが好ましい。
【００８６】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図７は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００８７】
図７に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００８８】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、圧力発生室に連通する導通孔を設けることによって、圧電素子を形成する際などの加熱時に圧力発生室内の気体の膨張による振動板の破壊を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図及び圧力発生室の長手方向の断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
１０ 流路形成基板
１１ 隔壁
１２ 圧力発生室
１３、１３Ａ 導通孔
１４、１４Ａ 直管部
１５ テーパ部
１６ 埋設層
２０ 封止板
２１ ノズル開口
２２ 圧電素子保持部
２３ インク供給孔
２４ インク導入口
３０ リザーバ形成基板
３１ リザーバ
４０ コンプライアンス基板
５０ 弾性膜
５１ ノズル連通孔
５２ インク供給連通孔
６０ 下電極膜
７０ 圧電体層
８０ 上電極膜
９０ リード電極
３００ 圧電素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子が軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案されている。
【０００６】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
また、このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、一般的に、単結晶シリコン基板等からなる流路形成基板の一方面側に圧電素子を設けると共に、流路形成基板の他方面側からエッチングすることにより、その厚さ方向に貫通する圧力発生室を形成したものが知られている。
【０００８】
しかしながら、このように圧力発生室が流路形成基板を貫通するタイプのインクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生室を高密度に配列しようとすると、圧力発生室間の隔壁の厚さが薄くなり、隔壁の剛性不足によって各圧力発生室間のクロストークが発生するという問題がある。
【０００９】
このような問題を解決するために、流路形成基板の一方面側に、厚さ方向に貫通しない圧力発生室を形成したものが提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、予め流路形成基板に形成した圧力発生室内に犠牲層を充填した後、その上に振動板及び圧電素子を形成し、その後、犠牲層を除去するというものであり、製造工程が煩雑であるという問題がある。
【００１１】
また、流路形成基板の一方面側に、厚さ方向に貫通しない圧力発生室を形成後、圧力発生室内に犠牲層を充填することなく接着剤等によって振動板を接合する方法も考えられるが、振動板の接合時あるいは圧電素子形成時の加熱によって振動板に変形やクラックが発生するという問題がある。
【００１２】
さらに、直接接合法等により常温で流路形成基板に振動板を接合することもできるが、この場合、減圧下で両者を接合する必要があり、振動板を接合後に大気圧に戻した際、圧力発生室内の気圧変化によって振動板にクラックや変形が生じるという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑み、流路形成基板に振動板を良好に接合したインクジェット式記録ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して成膜及びリソグラフィ法により形成された薄膜からなる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを有するインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板に前記圧力発生室を貫通することなく形成する工程と、前記圧力発生室に連通して当該圧力発生室が形成された面とは反対面側又は側面側に開口する導通孔を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧力発生室が形成された面に前記振動板を接合する工程と、前記振動板上に前記下電極、圧電体層及び上電極を順次積層及びパターニングして前記圧電素子を形成する工程と、前記導通孔を塞ぐ埋設層を形成する工程とを有し、前記流路形成基板が単結晶シリコン基板からなり、前記埋設層を形成する工程では、前記流路形成基板を熱酸化することにより酸化シリコンからなる埋設層を形成することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【００３１】
かかる第１の態様では、圧電素子等を形成時の加熱による圧力発生室内の気体の膨張を抑えて振動板の破壊を防止することができ、さらに埋設層を容易に形成できると共に埋設層により導通孔を確実に且つ精度良く塞ぐことができる。
【００３４】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記圧力発生室及び前記導通孔を異方性エッチングにより同時に形成することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【００３５】
かかる第２の態様では、圧力発生室及び導通孔を容易に且つ高精度に形成でき、製造工程を簡略化することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの１つの圧力発生室の長手方向における断面構造を示す図である。
【００３８】
図示するように、圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０は、例えば、１５０μｍ〜１ｍｍの厚さのシリコン単結晶基板からなり、その一方面側の表層部分には、異方性エッチングにより複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が形成されている。
【００３９】
この異方性エッチングは、ウェットエッチング又はドライエッチングの何れの方法を用いてもよいが、シリコン単結晶板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより圧力発生室１２は浅く形成されており、その深さは、ハーフエッチングのエッチング時間によって調整することができる。
【００４０】
一方、流路形成基板１０の他方面側には、圧力発生室１２と外部とを連通する導通孔１３が設けられている。この導通孔１３は、本実施形態では、深さ方向で内径が略一定の直管部１４と、内面が直管部１４側から外側に向かって傾斜するテーパ部１５とからなる。
【００４１】
このような導通孔１３の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、導通孔１３は、流路形成基板１０をその他方面側から異方性エッチングすることにより形成されている。なお、本実施形態では、流路形成基板１０に面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて、テーパ部１５を異方性ウェットエッチングにより形成し、直管部１４を異方性ドライエッチングにより形成した。
【００４２】
また、導通孔１３は、直管部１４に設けられる埋設層１６によって塞がれ、圧力発生室１２の底面の一部がこの埋設層１６によって画成されている。導通孔１３を設ける位置は、導通孔１３を塞ぐことができれば特に限定されないが、導通孔１３の圧力発生室１２側の開口部近傍に設け、圧力発生室１２の底面が略平面となるようにするのが好ましい。このため、本実施形態では、導通孔１３の直管部１４内に埋設層１６を設けている。また、埋設層１６の材料は、特に限定されず、本実施形態では、接着剤を用いている。
【００４３】
ここで、埋設層１６で塞がれている導通孔１３は、詳しくは後述するが、圧電素子３００等の形成時に圧力発生室１２内の圧力変化を防止するためのものである。このため、導通孔１３は、少なくとも圧力発生室１２内の気体が良好に通過できる大きさを有することが好ましい。また、埋設層１６が圧力発生室１２の底面の一部を構成するため、導通孔１３の圧力発生室１２側の開口面積、すなわち、埋設層１６によって塞がれる面積はできるだけ小さいことが好ましい。したがって、本実施形態で埋設層１６が設けられる直管部１４の内径は、圧力発生室１２内の気体が良好に通過可能な程度に小さく、且つ浅く形成することが好ましい。例えば、本実施形態では、直管部１４の内径を略１０μｍとし、深さを略１０μｍとした。
【００４４】
なお、導通孔１３を構成するテーパ部１５の形状及び大きさは、直管部１４が所定の大きさ及び形状で形成されていれば、特に限定されない。
【００４５】
なお、本実施形態では、導通孔１３の一部に埋設層１６を設けるようにしたが、圧力発生室１２の底面を略平面とすることができれば、勿論、埋設層１６は導通孔１３内全体に設けるようにしてもよい。
【００４６】
また、このような流路形成基板１０の圧力発生室１２側には、厚さが１μｍ以下の弾性膜５０が接合され、この弾性膜５０の一方の面は圧力発生室１２の一壁面を構成している。なお、本実施形態では、弾性膜５０は酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、この弾性膜５０と流路形成基板１０とは、保護膜５５ａを介して接着剤を用いることなく陽極接合により接合されている。なお、この保護膜５５ａは、流路形成基板１０にエッチングによって圧力発生室１２を形成する際に、マスクとして用いられるものである。また、流路形成基板１０の保護膜５５ａとは反対側の面には、導通孔１３を形成する際のマスクとなる保護膜５５ｂが設けられている。
【００４７】
このような弾性膜５０上の各圧力発生室１２に相対向する領域には、厚さが例えば、約０．５μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる弾性膜とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０を振動板とした。
【００４８】
また、流路形成基板１０の圧電素子３００側、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０上には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保した状態でこの空間を密封可能な圧電素子保持部２２を有する封止板２０が接合されている。
【００４９】
この封止板２０には、本実施形態では、各圧力発生室１２と連通するノズル開口２１が穿設されており、ノズルプレートの役割も兼ねている。また、ノズル開口２１と圧力発生室１２とは、弾性膜５０及び下電極膜６０を除去することにより設けられたノズル連通孔５１を介して連通されている。
【００５０】
また、封止板２０には、各圧力発生室１２のノズル開口２１とは反対側の端部に連通するインク供給孔２３が厚さ方向に貫通して設けられている。また、インク供給孔２３と圧力発生室１２とは、弾性膜５０を除去することにより設けられたインク供給連通孔５２を介して連通されている。
【００５１】
さらに、封止板２０のインク供給孔２３に対向する領域には、複数の圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ３１を画成するリザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０が順次接合されており、リザーバ３１に供給されたインクはインク供給孔２３及びインク供給連通孔５２を介して各圧力発生室１２に分配される。
【００５２】
また、封止板２０の流路形成基板１０の端部から突出する部分には、インクカートリッジ等のインク供給手段が接続されるインク導入口２４が設けられており、このインク導入口２４を介してリザーバ３１内にインクが供給される。
【００５３】
リザーバ形成基板３０は、リザーバ３１の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、インク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、リザーバ形成基板３０の厚さは、０．２ｍｍとしている。
【００５４】
コンプライアンス基板４０は、ステンレス基板からなり、一方の面でリザーバ３１の一壁面を構成するものである。また、コンプライアンス基板４０には、他方の面の一部にハーフエッチングにより凹部４０ａを形成することにより薄肉壁４１が形成されている。なお、薄肉壁４１は、インク滴吐出の際に発生するノズル開口２１と反対側へ向かう圧力を吸収するためのもので、他の圧力発生室１２に、リザーバ３１を経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。本実施形態では、インク導入口２４と外部のインク供給手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、コンプライアンス基板４０を０．１ｍｍとし、その一部を厚さ０．０２ｍｍの薄肉壁４１としているが、ハーフエッチングによる薄肉壁４１の形成を省略するために、コンプライアンス基板４０の厚さを初めから０．０２ｍｍとしてもよい。
【００５５】
ここで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造工程、特に、流路形成基板１０に圧力発生室１２を形成する工程及びこの圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する工程について説明する。なお、図３〜図５は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。
【００５６】
まず、図３（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して、流路形成基板１０の両面に酸化シリコンからなる保護膜５５ａ及び５５ｂを形成し、一方面の保護膜５５ａの圧力発生室１２を形成する領域に開口１２ａを形成すると共に他方面の保護膜５５ｂの導通孔１３を形成する領域に開口１３ａを形成する。
【００５７】
次に、図３（ｂ）に示すように、保護膜５５ａをマスクとして流路形成基板１０を、例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液によって異方性エッチングすることにより圧力発生室１２を形成する。
【００５８】
次に、図３（ｃ）に示すように、保護膜５５ｂをマスクとして流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより導通孔１３を形成する。詳しくは、まず、流路形成基板１０の保護膜５５ｂをマスクとしてウェットエッチングすることによりテーパ部１５を形成する。そして、テーパ部１５の底面から圧力発生室１２に貫通するまでドライエッチングすることにより所定の直径で直管部１４を形成して、導通孔１３を形成した。
【００５９】
なお、本実施形態では、導通孔１３を直管部１４及びテーパ部１５で構成したが、勿論、テーパ部１５のみあるいは直管部１４のみで構成してもよく、何れにしても、少なくとも圧力発生室１２側の開口形状が比較的精度良く形成されていればよい。
【００６０】
なお、本実施形態では、圧力発生室１２と導通孔１３とを別々の工程で形成しているが、勿論、圧力発生室１２と同時に導通孔１３のテーパ部１５を形成するようにしてもよい。これにより、製造工程を簡略化でき、製造効率が向上する。
【００６１】
次に、図３（ｄ）に示すように、流路形成基板１０の圧力発生室１２が開口する面に、例えば、厚さが２２０μｍの単結晶シリコンからなる弾性膜母材１５０を接合する。この弾性膜母材１５０は、流路形成基板１０との接合面に、例えば、熱酸化、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法又はウェット酸化等により形成された酸化シリコンからなる酸化シリコン層１５１を有する。
【００６２】
この酸化シリコン層１５１は、後の工程で、流路形成基板１０と接合後、弾性膜母材１５０の酸化シリコン層１５１以外の領域を除去することにより弾性膜５０となる。本実施形態では、酸化シリコン層１５１の厚さを略１μｍで形成した。
【００６３】
この弾性膜母材１５０と流路形成基板１０との接合方法は、特に限定されず、例えば、直接接合、常温接合及び陽極接合等を挙げることができる。本実施形態では、陽極接合により両者を接合した。
【００６４】
詳しくは、相対する面を鏡面状に研磨したシリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０の保護膜５５ａと、弾性膜母材１５０の酸化シリコン層１５１とを当接させた状態で、全体を４５０℃近くに昇温させ、２００〜１０００Ｖの電位を両方の基板に印加する。このとき、酸化シリコンからなる保護膜５５ａ及び酸化シリコン層１５１中の正のＨ+イオンは酸化シリコンの中で動きやすくなるため、負の電界に引かれてそれぞれ保護膜５５ａ及び酸化シリコン層１５１の表面に到達する。一方、保護膜５５ａ及び酸化シリコン層１５１中のそれぞれに残った負のイオンが両者の接着面に空間電荷層を形成して、流路形成基板１０と弾性膜母材１５０との間に強い吸引力が生じることにより、両者が化学結合される。
【００６５】
次に、図４（ａ）示すように、弾性膜母材１５０の余分な領域を除去する。本実施形態では、例えば、ＫＯＨ等のアルカリ水溶液を用いたウェットエッチングにより、酸化シリコン層１５１以外の領域、すなわち、単結晶シリコンのみを除去した。なお、この単結晶シリコンの除去方法は、特に限定されず、何れの方法を用いてもよい。
【００６６】
このように弾性膜母材１５０の酸化シリコン層１５１以外の領域を除去することにより、流路形成基板１０上に接合されて残った酸化シリコン層１５１が弾性膜５０となる。
【００６７】
ここで、このような弾性膜５０を形成する際、本発明では流路形成基板１０に導通孔１３が設けられているため、弾性膜５０に変形や割れが生じることなく良好に形成することができる。すなわち、流路形成基板１０に導通孔１３が設けられているため、流路形成基板１０と弾性膜母材１５０とを接合する際の加熱によって圧力発生室１２内の圧力変化が生じることがなく、弾性膜５０に変形や割れ等が生じることがない。
【００６８】
一方、導通孔１３が設けられておらず、圧力発生室１２が密封されていると、圧力発生室１２内に圧力変化が生じ、この圧力変化によって弾性膜５０に変形や割れが生じる虞がある。
【００６９】
次に、各圧力発生室１２に対応して弾性膜５０上に圧電素子３００を形成する。
【００７０】
圧電素子３００を形成する工程としては、まず、図４（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を流路形成基板１０の圧力発生室１２側に全面に亘って形成すると共に所定形状にパターニングし、下電極膜６０を形成する。この下電極膜６０の材料としては、白金、イリジウム等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金、イリジウムが好適である。
【００７１】
次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体層７０を成膜する。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成した。圧電体層７０の材料としては、ＰＺＴ系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法又はＭＯＤ法（有機金属熱塗布分解法）等のスピンコート法により成膜してもよい。
【００７２】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法もしくはＭＯＤ法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【００７３】
このような圧電体層７０の焼成時にも、流路形成基板１０が加熱されることになるが、本実施形態では、導通孔１３が形成されているため、上述したように、圧力発生室１２内の気圧の変化を生じさせることなく弾性膜５０の破壊を確実に防止することができる。したがって、圧電体層７０等も変形や割れ等が発生することなく良好に形成することができる。
【００７４】
次に、図４（ｄ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。
【００７５】
次に、図５（ａ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。また、本実施形態では、同時にノズル連通孔５１及びインク供給連通孔５２を形成する。
【００７６】
次に、図５（ｂ）に示すように、リード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に各圧電素子３００毎にパターニングして、各圧電素子３００の上電極膜８０から弾性膜５０上に延びるリード電極９０を形成する。
【００７７】
次に、図５（ｃ）に示すように、導通孔１３の直管部１４に接着剤を充填し硬化させることによって埋設層１６を設けて導通孔１３を塞ぐ。
【００７８】
その後、流路形成基板１０にノズル開口２１等の設けられた封止板、リザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０等を順次接合することで、図２に示すようなインクジェット式記録ヘッドとなる。
【００７９】
このように製造された本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からリザーバ３１にインクを取り込み、リザーバ３１からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部配線から出力された記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００８０】
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの導通孔側からの平面図及び圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００８１】
図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、導通孔１３Ａの直管部１４Ａが、例えば、直径が１μｍ程度の複数の微小孔からなり、この直管部１４Ａが酸化シリコンからなる埋設層１６Ａで塞がれている以外、実施形態１と同様である。
【００８２】
このような導通孔１３Ａの形成方法は、特に限定されず、上述した実施形態１と同様に、流路形成基板１０の圧力発生室１２とは反対側の面からウェットエッチングすることによりテーパ部１５を形成後、テーパ部１５の底面からドライエッチングすることにより複数の微小孔からなる直管部１４Ａを形成すればよい。
【００８３】
また、埋設層１６Ａは、流路形成基板１０を、例えば、約１１００℃の拡散炉で熱酸化することにより容易に形成でき、直管部１４Ａを確実に且つ精度良く塞ぐことができる。すなわち、圧力発生室１２の底面を確実に平面とすることができ、インク吐出特性を低下させることなく導通孔１３Ａを塞ぐことができる。
【００８４】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００８５】
例えば、上述した実施形態１及び２では、導通孔１３、１３Ａは、圧力発生室１２の底面に連通して、流路形成基板１０の圧電素子３００とは反対側の面に開口するように設けられているが、これに限定されず、例えば、圧力発生室１２の長手方向端部に連通し、且つ流路形成基板１０の側面に開口するようにしてもよい。この場合にも、導通孔の少なくとも圧力発生室側は、気体が良好に通過できる程度にできるだけ小さく形成することが好ましい。
【００８６】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図７は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００８７】
図７に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００８８】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、圧力発生室に連通する導通孔を設けることによって、圧電素子を形成する際などの加熱時に圧力発生室内の気体の膨張による振動板の破壊を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図及び圧力発生室の長手方向の断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
１０ 流路形成基板
１１ 隔壁
１２ 圧力発生室
１３、１３Ａ 導通孔
１４、１４Ａ 直管部
１５ テーパ部
１６ 埋設層
２０ 封止板
２１ ノズル開口
２２ 圧電素子保持部
２３ インク供給孔
２４ インク導入口
３０ リザーバ形成基板
３１ リザーバ
４０ コンプライアンス基板
５０ 弾性膜
５１ ノズル連通孔
５２ インク供給連通孔
６０ 下電極膜
７０ 圧電体層
８０ 上電極膜
９０ リード電極
３００ 圧電素子
Claims (2)
- ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して成膜及びリソグラフィ法により形成された薄膜からなる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを有するインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、
前記流路形成基板に前記圧力発生室を貫通することなく形成する工程と、前記圧力発生室に連通して当該圧力発生室が形成された面とは反対面側又は側面側に開口する導通孔を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧力発生室が形成された面に前記振動板を接合する工程と、前記振動板上に前記下電極、圧電体層及び上電極を順次積層及びパターニングして前記圧電素子を形成する工程と、前記導通孔を塞ぐ埋設層を形成する工程とを有し、前記流路形成基板が単結晶シリコン基板からなり、前記埋設層を形成する工程では、前記流路形成基板を熱酸化することにより酸化シリコンからなる埋設層を形成することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。 - 請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記圧力発生室及び前記導通孔を異方性エッチングにより同時に形成することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
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